German Title: Amplitudenanalyse des Zerfalls B0s→ψ(2S)π+π- mit dem LHCb Experiment

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Abstract

This thesis presents the first analysis of the hadronic amplitudes in the decay B0s → ψ(2S)π+π− . The pions originate from the ss quark system of the weak B0s decay, which removes contributions from Isospin 1 resonances. This allows to test a novel dispersive approach for a process-independent description of the dipion isoscalar S-wave. Additionally, the tetraquark candidate Z(4430)− is known to contribute to ψ(2S)π− in B0→ ψ(2S)K+π− . An observation of this state in the ψ(2S)π± systems in B0s→ψ(2S) π+π− would give insights into its production mechanism and internal structure. The search for this state among the intermediate hadronic states of the B0s→ ψ(2S)π+π− decay is thus also part of the thesis. Using proton-proton collision data collected by the LHCb experiment in the years 2011, 2012, 2015-2018 at 7, 8, and 13 TeV corresponding to integrated luminosities of 1, 2, and 5 fb^-1 , the fit fractions of S-wave and the individual f_2 states are determined and the process-independence of the S-wave parametrisation is shown. Furthermore, a search for the exotic tetraquark candidate Z(4430)± in B0s → Z(4430)±π∓ with Z(4430)± →ψ(2S)π± is performed. No significant exotic contribution is measured and an upper limit on the fraction of decays proceeding via Z(4430)± is found to be F (Z) < 1.0 % at 95 % confidence level.

Translation of abstract (German)

Diese Dissertation stellt die erste Analyse der hadronischen Amplituden im Zerfall von B0s → ψ(2S)π+π− dar. Die Pionen entstammen einem ss Zustand aus dem schwachen Zerfall von B0s → ψ(2S)π+π− ,wodurch Beiträge von Isospin 1 Resonanzen verhindert werden. Dies ermöglicht das Testen eines neuartigen dispersiven Ansatzes für die prozessunabhängige Beschreibung der isoskalaren Pion-Pion S-Welle. Außerdem ist bekannt, dass der Tetraquark Kandidat Z(4430)− zur ψ(2S)π− Verteilung von B0 → ψ(2S)K+π− beiträgt. Ein Nachweis dieses Zustandes in den ψ(2S)π± Verteilungen von B0s→ψ(2S)π+π− würde Rückschlüsse auf seinen Produktionsmechanismus und Aufbau erlauben. Die Suche nach diesem exotischen Zustand innerhalb der hadronischen Zwischenzustände im B0s→ψ(2S)π+π−Zerfall ist deshalb auch Teil dieser Dissertation. Es werden Daten aus Proton-Proton Kollisionen verwendet, die in den Jahren 2011, 2012 und 2015 bis 2018 am LHCb Detektor aufgezeichnet wurden. Sie entsprechen einer integrierten Luminosität von 1, 2 und 5 fb^-1 bei Kollisionsenergien von 7, 8 und 13 TeV. Die Anteile der S-Welle und der einzelnen f_2 Resonanzen werden bestimmt und die Prozessunabhängigkeit der S-Wellenparametrisierung überprüft. Desweiteren wird eine Suche nach dem exotischen Tetraquark Kandidaten Z(4430)± in B0s→Z(4430)±π∓ mit Z(4430)±→ψ(2S)π± durchgeführt. Es werden keine signifikanten exotischen Beiträge beobachtet und das 95 % Konfidenzintervall für den Anteil der Zerfälle über Z(4430)± zu < 1.0 % bestimmt.